Анкерный болт - Anchor bolt

Соединение колонны с фундаментом[1]

Анкерные болты используются для соединения структурных и неструктурных элементов к конкретный.[2] Соединение может быть выполнено с помощью множества различных компонентов: анкерных болтов (также называемых крепежными элементами), стальных пластин или ребер жесткости. Анкерные болты переносят разные виды нагрузок: силы натяжения и поперечные силы.[3]

Связь между элементами конструкции можно представить как стальные колонны прикреплен к железобетонный фундамент.[4] Распространенным случаем присоединения неструктурного элемента к конструктивному является соединение между фасадная система и железобетонная стена.[5]

Типы

Тип анкера[1]

На месте

Монтируемый анкерный болт

Самая простая и самая прочная форма анкерного болта - это монолитный болт с заделанным концом, состоящим из стандартного болта с шестигранной головкой и шайбой, 90-образного изгиба или какого-либо кованого или сварного фланца (см. Также Сварка шпилек ). Последние используются в бетонно-стальных композитных конструкциях в качестве соединителей, работающих на сдвиг.[6]Другое использование включает в себя анкерные станки к бетонным полам.[7] и зданий к их бетонному фундаменту. Различные обычно одноразовые вспомогательные средства, в основном из пластика, производятся для закрепления и выравнивания монолитных анкеров перед укладкой бетона. Более того, их позиция также должна быть согласована с подкрепление макет.[3] Можно выделить разные типы монолитных анкеров:[3]

Для всех типов монолитных анкеров механизмом передачи нагрузки является механическая блокировка,[3] то есть закладная часть анкеров в бетонных переходах и приложенная нагрузка (осевая или сдвигающая) через давление подшипника в зоне контакта. В условиях отказа уровень давления в подшипнике может быть более чем в 10 раз выше прочность бетона на сжатие, если передается чистая сила натяжения.[3]Анкеры монолитного типа также используются в кладке, помещаются в стыки мокрого раствора во время кладки кирпича и литых блоков (CMU ).

После установки

Установленные анкеры могут быть установлены в любом месте затвердевшего бетона после бурения.[3] Различие проводится по принципу действия.

Механические распорные анкеры

Якорь клиновой

Механизм передачи силы основан на трение механическая блокировка обеспечивается усилиями расширения. Далее их можно разделить на две категории:[3]

  • с контролем крутящего момента: анкер вставляется в отверстие и фиксируется приложением заданного крутящего момента к головке болта или гайке с Гаечный ключ. Конкретная подкатегория этого якоря называется клиновой тип. Как показано на рисунке, затягивание болта приводит к тому, что клин вдавливается во втулку, которая расширяет ее и заставляет сжиматься относительно материала, к которому он крепится.
  • с регулируемым смещением: обычно состоят из расширительной втулки и конической расширительной заглушки, при этом втулка имеет внутреннюю резьбу для приема резьбового элемента.

Анкеры с подрезкой

Механизм передачи усилия основан на механической блокировке. Специальная операция сверления позволяет создать поверхность контакта между головкой анкера и стенкой отверстия, на которой происходит обмен опорными напряжениями.

Связанные анкеры

Механизм передачи силы основан на напряжениях связи, создаваемых связующими органическими материалами. Обе Ребристые стержни и шпильки с резьбой можно использовать, и изменение локального механизма связи может быть оценено экспериментально. В ребристых стержнях сопротивление в основном обусловлено сдвигом бетона между ребрами жесткости, тогда как у стержней с резьбой преобладает трение (см. Также Анкеровка в железобетоне ).[9] Связанные анкеры также называют клеевые анкеры[10] или же химические анкеры. Анкерный материал представляет собой клей (также называемый ступка[3]) обычно состоящий из эпоксидная смола, полиэстер, или же винилэфир смолы.[1] Характеристики анкеров этого типа с точки зрения «несущей способности», особенно при растягивающих нагрузках, строго зависят от условий очистки отверстия. Результаты экспериментов[3] показал, что снижение емкости составляет до 60%. То же самое относится и к состоянию влажности бетона, для влажного бетона уменьшение составляет 20% при использовании полиэфирной смолы. Другие проблемы представлены поведением при высоких температурах.[11] и ползучий ответ.[12]

Анкерные болты

Механизм передачи силы винтовой анкер основан на концентрированном обмене давлением между винтом и бетоном через поля.

Пластиковые анкеры

Смотрите также: вилка

Винты Tapcon

Винты Tapcon - популярный анкер, обозначающий саморезы (самонарезающий) саморез по бетону. Винты большего диаметра называются LDT. Для этого типа крепежа требуется предварительно просверленное отверстие - с помощью сверла Tapcon - и затем его вкручивают в отверстие с помощью стандартного шестигранника или бит Филлипса. Эти винты часто бывают синими, белыми или нержавеющими.[13] Они также доступны в версиях для использования на море или в условиях высоких нагрузок.

Пластиковые анкеры

Смотрите также: вилка

Их механизм передачи усилия аналогичен механическим распорным анкерам. К винту, вставленному в пластмассовую втулку, прилагается крутящий момент. При приложении крутящего момента пластик расширяет втулку по сторонам отверстия, действуя как сила расширения.

Порошковые анкеры

Смотрите также: Инструмент с пороховым приводом

Они действуют, передавая силы через механическую блокировку. Эта технология крепления используется при соединении стали со сталью, например, для соединения холодногнутых профилей. Винт вставляется в основной материал через газовый пистолет. Энергия движения обычно обеспечивается за счет сжигания горючего пороха.[14] Вставка застежки вызывает пластическую деформацию основного материала, в котором находится головка застежки, в которой происходит передача усилия.

Механическое поведение

Режимы отказа в напряжении

Анкеры при растяжении могут выйти из строя по-разному:[3]

  • Разрушение стали: слабая часть соединения представлена ​​стержнем. Разрушение соответствует разрыву стали при растяжении, как в случае испытание на растяжение. В этом случае бетонная основа может быть неповрежденной.
  • Вытягивание: анкер вытаскивается из просверленного отверстия, частично повреждая окружающий бетон. Когда бетон поврежден, разрушение также обозначается как протаскивание.
  • Бетонный конус: по достижении несущей способности образуется конус. Разрушение определяется ростом трещин в бетоне.[15] Этот вид сбоя типичен при испытании на отрыв.[16][17]
  • Разрушение при раскалывании: разрушение характеризуется трещиной раскола, которая разделяет основной материал на две части. Этот вид разрушения происходит, когда размеры бетонного элемента ограничены или анкер установлен близко к краю.
  • Разрушение в результате прорыва: разрушение характеризуется боковым растрескиванием бетона вблизи головки анкера. Разрушение такого рода происходит в случае анкеров (преимущественно монолитных), установленных у края бетонного элемента.

При проверке конструкции под конечное предельное состояние, коды предписывают проверять все возможные механизмы отказа.[18]

  • Разрушение стали[1]

  • Разрушение бетонного конуса[1]

  • Отказ вытягивания[1]

  • Отказ сквозного соединения[1]

  • Отказ продувки[1]

  • Ошибка разделения

Режимы разрушения при сдвиге

Анкеры могут выйти из строя по-разному при нагрузке на сдвиг:[3]

  • Разрушение стали: стержень достигает предельной текучести, после чего происходит разрушение после развития больших деформаций.
  • Кромка бетона: образуется полуконическая поверхность излома от точки опоры до свободной поверхности. Этот тип разрушения возникает для анкера вблизи края бетонного элемента.
  • Выдавливание: полуконическая поверхность разрушения характеризует разрушение. Механизм выталкивания для забивных анкеров обычно имеет очень короткие, коренастые шпильки.[19] Шпильки, как правило, настолько короткие и жесткие, что под воздействием прямой поперечной нагрузки изгибаются, вызывая одновременное раздавливание перед шипом и образование воронки из бетона позади.

При проверке конструкции под конечное предельное состояние, коды предписывают проверять все возможные механизмы отказа.[18]

  • Разрушение бетонной кромки[1]

  • Pry-Out отказ[1]

Комбинированное растяжение / сдвиг

При одновременном приложении к анкеру растягивающей и поперечной нагрузки разрушение происходит раньше (при меньшей несущей способности) по сравнению с несвязанным корпусом. В текущих проектных кодах предполагается линейная область взаимодействия.[20]

Группа якорей

Группа из двух анкеров с перекрытием бетонных конусов[21]

Для увеличения несущей способности анкеры собираются в группу, кроме того, это позволяет также организовать соединение, сопротивляющееся изгибающему моменту. Для растягивающей и поперечной нагрузки на механическое поведение заметно влияет (i) расстояние между анкерами и (ii) возможная разница в прилагаемых силах.[22]

Поведение при загрузке службы

Под служебные нагрузки (растяжение и сдвиг) смещение анкера должно быть ограничено. Характеристики анкера (несущая способность и характерные перемещения) при различных условиях нагружения оцениваются экспериментально, после чего орган технической оценки выдает официальный документ.[23] На этапе проектирования смещение, возникающее при характерных воздействиях, не должно быть больше допустимого смещения, указанного в техническом документе.

Поведение при сейсмической нагрузке

Под сейсмические нагрузки и существует вероятность того, что анкер будет временно (i) установлен в трещине и (ii) подвергнут инерционные нагрузки пропорциональна как массе, так и ускорению прикрепленного элемента (вторичная структура) к основному материалу (первичная структура).[2] Условия нагрузки в этом случае можно резюмировать следующим образом:

  • Пульсирующая осевая нагрузка: сила, согласованная с осью анкера, положительная в случае выдергивания и нулевая в случае вдавливания.
  • Обратная нагрузка сдвига (также называемая «альтернативным сдвигом»): сила, перпендикулярная оси анкера, положительная или отрицательная в зависимости от условного знака.
  • Циклическая трещина (также называемая «движение трещины»): первичная структура RC подвергается серьезному повреждению.[24] (т. е. растрескивание), и наиболее неблагоприятный случай для характеристик анкера - это когда плоскость трещины содержит ось анкера, а анкер нагружен положительной осевой силой (постоянной во время циклов трещин).[3]

Исключительное поведение при нагрузках

Исключительные нагрузки отличаются от обычных статических нагрузок своим временем нарастания. Ударная нагрузка связана с высокими скоростями смещения. Что касается соединений стали с бетоном, некоторые примеры включают столкновение транспортного средства с препятствиями, соединенными с бетонным основанием, и взрывы. Помимо этих чрезвычайных нагрузок, структурные соединения подвергаются сейсмическим воздействиям, которые необходимо тщательно обрабатывать с помощью динамического подхода. Например, время подъема при сейсмическом вырыве якоря может составлять 0,03 секунды. Напротив, в квазистатическом испытании 100 секунд можно принять как интервал времени для достижения пиковой нагрузки. Относительно режима разрушения бетонного основания: разрушающие нагрузки бетонного конуса возрастают с повышением скорости нагружения по сравнению со статической.[25]

Дизайн

  • Тип клина - 1

  • Тип расширения

  • Тип рукава

  • Тип клина - 2

  • Связанный якорь

  • Бетонный винт

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Кук, Рональд; Doerr, G. T; Клингнер, Р. (2010). Руководство по проектированию соединений стали с бетоном. Техасский университет в Остине.
  2. ^ а б Hoehler, Matthew S .; Элигехаузен, Рольф (2008). «Поведение и испытания анкеров при моделировании сейсмических трещин». Структурный журнал ACI. 105 (3): 348–357. ISSN  0889-3241..
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Малле, Райнер; Элигехаузен, Рольф; Сильва, Джон Ф (2006). Анкеры в бетонных конструкциях. Эрнст и Шон. ISBN  978-3433011430.
  4. ^ Фишер, Джеймс М. (2006). Опорная плита и анкер Design.
  5. ^ IStructE (1988). Аспекты облицовки. Лондон.
  6. ^ Стандартный справочник инженерных расчетов. Макгроу-Хилл. 2004 г.
  7. ^ Бхантия, К. (2008). Основы для промышленных машин - Справочник для практикующих инженеров. Нью-Дели: D-CAD. ISBN  978-81-906032-0-1.
  8. ^ Бахманн, Губерт; Штейнле, Альфред (2012). Сборные железобетонные конструкции. Берлин: Ernst & Shon. ISBN  0-7506-5084-2.
  9. ^ Рейнхардт, Ханс-Вольф (1982). Бетон при ударных нагрузках, прочность на разрыв и сцепление. Делфт: Делфтский университет.
  10. ^ Зассе, Х.Р. (1986). Адгезия между полимерами и бетоном. Springer. ISBN  978-0-412-29050-3.
  11. ^ Рауффард, Мохаммад Махди; Нисияма, Минехиро (2018). «Идеализация связи между напряжением и проскальзыванием при повышенных температурах на основе испытаний на разрыв». Структурный журнал ACI (115). Дои:10.14359/51701120. ISSN  0889-3241.
  12. ^ Нильфороуш, Расул; Нильссон, Мартин; Седерлинд, Гуннар; Эльфгрен, Леннарт (2016). «Долговременные характеристики клеевых анкеров». Структурный журнал ACI (113): 251–262. Дои:10.14359/51688060..
  13. ^ Все о винтах Tapcon; Сайт "Сделай сам" в Интернете; по состоянию на апрель 2019 г.
  14. ^ Бек, Германн; Симерс, Майкл; Рейтер, Мартин (2011). Крепежные детали и крепежные винты с порошковым приводом в стальной конструкции. Эрнст и Шон. ISBN  978-3-433-02955-8.
  15. ^ Элигехаузен, Рольф; Саваде, Г. (1989). «Основанное на механике разрушения описание поведения при отрыве шпильки с головкой, заделанной в бетон». Механика разрушения бетонных конструкций: 281–299. Дои:10.18419 / opus-7930.
  16. ^ Bungey, J.H .; Миллард, С.Г. (1996). Испытание бетона в конструкциях. Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN  0-203-48783-4.
  17. ^ Stone, William C .; Карино, Николас Дж (1984). «Деформация и разрушение при крупномасштабных испытаниях на отрыв». Структурный журнал ACI (80).
  18. ^ а б ACI (2014). ACI 318-14 Строительные нормы и правила для конструкционного бетона. 22. ISBN  978-0-87031-930-3. JSTOR  3466335.
  19. ^ Андерсон, Нил С; Meinheit, Дональд Ф (2005). "Пропускная способность анкеров с забивной головкой". Журнал PCI: 90–112. ISSN  0887-9672.
  20. ^ ACI (2004). «Руководство ACI 349.2 по методу расчета бетонной пропускной способности (CCD) - Примеры проектирования заделки». Конкретный (Ccd): 1–77.
  21. ^ Doerr, G. T; Клингнер, Р. (1989). Требования к характеристикам и расстоянию между клеевыми анкерами. Техасский университет в Остине.
  22. ^ Махренгольц, Филипп; Элигехаузен, Рольф (2010). «Поведение анкерных групп, установленных в бетоне с трещинами, при моделировании сейсмических воздействий». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  23. ^ "Как найти вкладку". EOTA.
  24. ^ Фардис, Майкл Н. (2009). Сейсмическое проектирование, оценка и модернизация бетонных зданий. Лондон: Спрингер. ISBN  978-1-4020-9841-3.
  25. ^ Соломос, Джордж. Испытания анкеровок в бетоне при динамической нагрузке. Испра: Объединенный исследовательский центр.